子网划分和子网掩码详解

一、为什么要划分子网 
在20世纪70年代初期，建立Internet的工程师们并未意识到计算机和通信在未来的迅猛发展。局域网和个人电脑的发明对未来的网络产生了巨大的冲击。开发者们依据他们当时的环境，并根据那时对网络的理解建立了逻辑地址分配策略。他们知道要有一个逻辑地址管理策略，并认为32位的地址已足够使用。为了给不同规模的网络提供必要的灵活性，IP地址的设计者将IP地址空间划分为五个不同的地址类别，如下表所示，其中A,B,C三类最为常用。 
从当时的情况来看，32位的地址空间确实足够大，能够提供232（4,294,967,296，约为43亿）个独立的地址。这样的地址空间在因特网早期看来几乎是无限的，于是便将IP地址根据申请而按类别分配给某个组织或公司，而很少考虑是否真的需要这么多个地址空间，没有考虑到IPv4地址空间最终会被用尽。但是在实际网络规划中，它们并不利于有效地分配有限的地址空间。对于A、B类地址，很少有这么大规模的公司能够使用，而C类地址所容纳的主机数又相对太少。所以有类别的IP地址并不利于有效地分配有限的地址空间网络规划。 
二、如何划分子网 
为了提高IP地址的使用效率，引入了子网的概念。将一个网络划分为子网：采用借位的方式，从主机位最高位开始借位变为新的子网位，所剩余的部分则仍为主机位。这使得IP地址的结构分为三级地址结构：网络位、子网位和主机位。这种层次结构便于IP地址分配和管理。它的使用关键在于选择合适的层次结构--如何既能适应各种现实的物理网络规模，又能充分地利用IP地址空间（即：从何处分隔子网号和主机号）。 
三、子网掩码的作用 
简单地来说，掩码用于说明子网域在一个IP地址中的位置。子网掩码主要用于说明如何进行子网的划分。掩码是由32位组成的，很像IP地址。对于三类IP地址来说，有一些自然的或缺省的固定掩码。(参考P189) 
四、如何来确定子网地址 
如果此时有一个I P地址和子网掩码，就能够确定设备所在的子网。子网掩码和IP地址一样长，用32bit 组成，其中的1表示在IP地址中对应的网络号和子网号对应比特，0表示在IP地址中的主机号对应的比特。将子网掩码与IP地址逐位相“与”，得全0部分为主机号，前面非0部分为网络号。参考（P190表7-5） 
要划分子网就需要计算子网掩码和分配相应的主机块，尽管采用二进制计算可以得出结论，但采用十进制计算方法看起来要比二进制方法简单许多，经过一番观察和总结，我终于得出了子网掩码及主机块的十进制算法。 
首先要明确一些概念： 
类范围：IP地址常采用点分十进制表示方法X.Y.Y.Y，在这里 
X=1--126时称为A类地址; 
X=128--191时称为B类地址; 
X=192--223时称为C类地址; 
如10.202.52.130因为X=10在1--126范围内所以称为A类地址 
类默认子网掩码：A类为 255.0.0.0 
B类为 255.255.0.0 
C类为 255.255.255.0 
当我们要划分子网用到子网掩码M时，类子网掩码的格式应为 
A类为 255.M.0.0 
B类为 255.255.M.0 
C类为 255.255.255.M 
M是相应的子网掩码如：255.255.255.240 

十进制计算基数：256，等一下我们所有的十进制计算都要用256来进行。 
几个公式变量的说明： 
Subnet_block：可分配子网块大小，指在某一子网掩码下的子网的块数。 
Subnet_num：实际可分配子网数，指可分配子网块中要剔除首、尾两块，这是某一子网掩码下可分配的实际子网数量，它等于Subnet_block-2。 
IP_block：每个子网可分配的IP地址块大小。 
IP_num：每个子网实际可分配的IP地址数，因为每个子网的首、尾IP地址必须保留（一个为网络地址，一个为广播地址），所以它等于IP_block-2，IP_num也用于计算主机段 
M：子网掩码(net mask)。 
它们之间的公式如下： 
M=256-IP_block 
IP_block=256/Subnet_block，反之Subnet_block=256/IP_block 
IP_num=IP_block-2 
Subnet_num=Subnet_block-2 

2的冥数：要熟练掌握2^8（256）以内的2的冥代表的十进制数，如128=2^7、64=2^6…，这可使我们立即推算出Subnet_block和IP_block数。 
现在我们举一些例子: 
一、 已知所需子网数12，求实际子网数 
解：这里实际子网数指Subnet_num，由于12最接近2的冥为16（2^4），即 Subnet_block=16，那么Subnet_num=16-2=14，故实际子网数为14。 
二、 已知一个B类子网每个子网主机数要达到60x255(约相当于X.Y.0.1--X.Y.59.254的数量)个，求子网掩码。 
解：1、60接近2的冥为64（2^6），即，IP_block=64 
2、子网掩码M=256-IP_block 
=256-64=192 
3、子网掩码格式B类是：255.255.M.0. 
所以子网掩码为：255.255.192.0 
三、 如果所需子网数为7，求子网掩码 
解：1、7最接近2的冥为8，但8个Subnet_block因为要保留首、尾2个子网块，即 8-2=6<7,并不能达到所需子网数，所以应取2的冥为16，即Subnet_block=16 
2、IP_block=256/Subnet_block=256/16=16 
3、子网掩码M=256-IP_block=256-16=240。 
四、 已知网络地址为211.134.12.0，要有4个子网，求子网掩码及主机段。 
解：1、211.y.y.y是一个C类网，子网掩码格式为255.255.255.M 
2、4个子网，4接近2的冥是8（2^3），所以Subnet_block=8 
Subnet_num=8-2=6 
3、IP_block=256/Subnet_block=256/8=32 
4、子网掩码M=256-IP_block=256-32=224 
5、所以子网掩码表示为255.255.255.224 
6、因为子网块（Subnet_block）的首、尾两块不能使用，所以可分配6个子网块（Subnet_num），每块32个可分配主机块（IP_block） 
即：32-63、64-95、96-127、128-159、160-191、192-223 
首块（0-31）和尾块（224-255）不能使用 
7、每个子网块中的可分配主机块又有首、尾两个不能使用（一个是子网网络地址，一个 是子网广播地址），所以主机段分别为： 
33-62、65-94、97-126、129-158、161-190、193-222 
8、所以子网掩码为255.255.255.224 
主机段共6段为：211.134.12.33--211.134.12.62 
211.134.12.65--211.134.12.94 
211.134.12.97--211.134.12.126 
211.134.12.129--211.134.12.158 
211.134.12.161--211.134.12.190 
211.134.12.193--211.134.12.222 
可以任选其中的4段作为4个子网。 
总之，只要理解了公式中的逻辑关系，就能很快计算出子网掩码，从而得出可分配的主机段，参加MCSE和CCNA考试的时候使用这种方法可以顺利地通过相关试题的考试，而不用象记9×9乘法口诀表一样去背什么二进制掩码表了。 
实验目的  
1．掌握子网划分的方法和子网掩码的设置 
2．理解IP协议与MAC地址的关系 
3．熟悉ARP命令的使用：arp [–d], [-a] 
实验步骤： 
实验1： 
1） 两人一组，设置两台主机的IP地址与子网掩码： 
A: 10.2.2.2    255.255.254.0 
B: 10.2.3.3    255.255.254.0 
2）两台主机均不设置缺省网关。 
3）用arp -d命令清除两台主机上的ARP表，然后在A与B上分别用ping命令与对方通信，观察并记录结果，并分析原因。 
4）在两台PC上分别执行arp -a命令，观察并记录结果，并分析原因。 
提示：由于主机将各自通信目标的IP地址与自己的子网掩码相"与"后，发现目标主机与自己均位于同一网段（10.2.2.0），因此通过ARP协议获得对方的MAC地址，从而实现在同一网段内网络设备间的双向通信。 
实验2． 
1）将A的子网掩码改为：255.255.255.0，其他设置保持不变。 
2）在两台PC上分别执行arp -d命令清除两台主机上的ARP表。然后在A上"ping"B，观察并记录结果。 
3）在两台PC上分别执行 arp -a命令，观察并记录结果，并分析原因。 
提示：A将目标设备的IP地址（10.2.3.3）和自己的子网掩码（255.255.255.0）相"与"得10.2.3.0，和自己不在同一网段（A所在网段为：10.2.2.0），则A必须将该IP分组首先发向缺省网关。 
实验3 
1）按照实验2 的配置，接着在B上"ping"A，观察并记录结果，并分析原因。 
2）在B 上执行arp -a命令，观察并记录结果，并分析原因。 
提示：B将目标设备的IP地址（10.2.2.2）和自己的子网掩码（255.255.254.0）相"与"，发现目标主机与自己均位于同一网段（10.2.2.0），因此，B通过ARP协议获得A的MAC地址，并可以正确地向A发送Echo Request报文。但由于A不能向B正确地发回Echo Reply报文，故B上显示ping的结果为"请求超时"。 
在该实验操作中，通过观察A与B的ARP表的变化，可以验证：在一次ARP的请求与响应过程中，通信双方就可以获知对方的MAC地址与IP地址的对应关系，并保存在各自的ARP表中。 
实验报告 
1．分别叙述各实验的记录结果并分析其原因。 
2．请参考（p190表7-5）画出C类地址的子网划分选择表。 
3．在B类网络中，能使用掩码255.255.255.139吗？为什么？ 
4．说出地址和子网掩码的不同？ 
举例说明该算法。 
例：给定一 class c address : 192.168.5.0 ，要求划分20个子网，每个子网5 
个主机。 
解：因为4 <5 < 8 ，用256－8＝248 ――>即是所求的子网掩码，对应的子网数 
也就出来了。这是针对C类地址。老师也只讲了针对C类地址的做法。下面是我自 
己推出来的针对B类地址的做法。 
对于B类地址，假如主机数小于或等于254，与C类地址算法相同。 
对于主机数大于254的，如需主机 700台，50个子网（相当大了）， 
 512 < 700< 1024  
256－（1024/256）=256－4＝252 ――>即是所求的子网掩码，对应的子网数也就 
出来了。 
上面256－4中的4（2的2次幂）是指主机数用2进制表示时超过8位的位数，即超过 
2位，掩码为剩余的前6位，即子网数为2（6）－2＝62个。